NONLINEAR OPTIMAL CONTROL OF INTERIOR PERMANENT MAGNETSYNCHRONOUS MOTOR FOR ELECTRIC VEHICLES
ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İÇİN ÖZEL ÜRETİLEN İÇ YERLEŞİMLİ-SÜREKLİ-MIKNATISLI SENKRON MOTORLAR İÇİN DOĞRUSAL OLMAYAN OPTİMAL KONTROL
- Tez No: 881908
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OLEH KISELYCHNYK, PROF. DR. JIHONG WANG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal karesel denetim, Doğrusal olmayan kontrol, Doğrusal olmayan kontrol teorisi, Hız denetim yöntemleri, Senkron motorlar, Sürekli mıknatıslı senkron motorlar, Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, Field Oriented Control (FOC), Maximum Torque Per Ampere Control (MTPA), Maximum Efficiency Control (ME), combined MTPA/ME control, Linear Quadratic Regulator (LQR), Nonlinear Optimal Control, Optimal Control, Electric Vehicle (EV), Linear quadratic control, Nonlinear control, Nonlinear control theory, Speed control method, Synchronous motors, Permanent magnet synchronous motors
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Warwıck
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Makineleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dünya genelinde birçok ülkede alınan kararlar doğrultusunda 2030-35 yıllarına kadar içten yanmalı veya hibrid araçların trafiğe çıkmasının yasaklanması planlanmaktadır. Bu doğrultuda Elektrikli Araçlar (EV) için yapılan araştırmalar hız kazanmıştır. Bu doktora çalışmasının temel amacı özellikle EV sistemlerinde yaygın olarak kullanılan İç-Kalıcı mıknatıslı Senkron Motorların (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor-IPMSM) kontrolünün iyileştirilmesi için yeni yöntemler geliştirmektir. Bu amaca yönelik önerilen yöntemler Matlab, Matlab-Simulink üzerinde tasarlanan benzetimler ve laboratuvar ortamında yapılan çalışmaları ile desteklenmiştir. Çalışmada ilk olarak enerji tasarrufu üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu amaçla halihazırda var olan Akım Başına En yüksek Tork (Maximum Torque per Ampere-MTPA) ve En yüksek Verimlilik (Maximum Efficiency- ME) yöntemlerinin analitik olarak birleştirilmesini temel alan bir çözüm yöntemi üretilmiştir. Çalışmada önerilen ikinci yöntemde IPMSM sürücüler için doğrusal olmayan optimal kontrol yöntemleri üzerine yoğunlaşılmıştır. Halihazırda çok iyi bilinen IPMSM hız kontrol döngüsü (Field Oriented Control-FOC), Doğrusal olmayan Optimal (Nonlinear Optimal- NO) denetim elemanları ile güncellenmiştir. Böylelikle motorda bilinmeyen etkilerden kaynaklanan gürültü, titreme gibi istenmeyen durumların önüne geçilmesi hedeflenmiştir. Sonuç olarak kontrol bilinen yönteminin güvenirliği (robustness) artırılmıştır.
Özet (Çeviri)
At present time, research in the field of Electric Vehicles (EV) is significantly intensifying around the world due to the ambitious goals of many countries, including the UK, to prohibit the sale of new gasoline and diesel vehicles, as well as hybrid vehicles, in the near future around 2030-35. The primary goal of this Ph.D. research is to improve the propulsion system of electric vehicles' powertrains through improvements in the control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM), which are commonly used in EV applications. The proposed approaches are supported by simulations in Matlab, Matlab-Simulink and laboratory-based experiments. The research initially proposes an analytical solution in implicit view for a combined Maximum Torque per Ampere (MTPA) and Maximum Efficiency (ME) control, allowing to determine the optimal d-axis current, based on the concept of minimisation of the fictitious electric power loss. With the exception of two parameters, the equation is identical to that of the ME control. Therefore, upgrading the ME control to the combined MTPA/ME control is relatively easy and doesn't require any change in hardware beyond a few minors of controller code in the software. The presented research demonstrates an easy-to-apply combined MTPA/ME control leading to the 'Transients Optimal and Energy-Efficient IPMSM Drive' providing smooth transitions to the MTPA control during transients and to the ME control during steady states. A concept of 'Nonlinear Optimal Control of IPMSM Drives' is also introduced in this Ph.D. research. The velocity control loop develops nonlinearities when energy consumption optimisation methods like MTPA, ME, or combined MTPA/ME are added. In addition, the control system's parameters can be inaccurate and fluctuate depending on the operating point or possible uncertainties in real-time operation. In the proposed method, the control structure is the same as in the Field Oriented NONLINEAR OPTIMAL CONTROL OF INTERIOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR FOR ELECTRIC VEHICLES II Control (FOC), with the close velocity and two current loops, but the Proportional- Integral (PI) controllers are replaced by Nonlinear Optimal (NO) Controllers. The linear part of the controller is designed as a Linear Quadratic Regulator (LQR) with integral action for each loop separately. This is, in fact, a PI controller with optimal gain parameters for a specific operating point. The nonlinear part takes the required fluctuations of the control system's optimal gain parameters in real-time operation as new control actions to improve a robust control structure. The design procedure for the nonlinear part is similar to that of the LQR, but the criterion of A. Krasovsky's generalised work is used, and the analytical derivations lead to an explicit control solution for the nonlinear optimal part. The nonlinear part emulates the adjustments for updating the linear part's optimal LQR gains based on operating conditions, instead of employing extensive look-up tables or complicated estimation algorithms. The proposed control is robust in the allowed range of the system's parameters. In conclusion, upgrading existing industrial IPMSM drives into a robust and optimal energy-efficient version that can be used for electric vehicle applications is the main advantage of the novel control concept described in this Ph.D. research. For this upgrade, only a small portion of the software that is related to the PI controllers needs to be changed; no new hardware is needed. Therefore, it is cost-effective and simple to transform existing industrial IPMSM drives into a better version with the proposed method. This feature also leads to the design of more adequate IPMSM drives to meet the demands of Electric Vehicle (EV) operating cycles.
Benzer Tezler
- Elektrik motoru seçim kriterleri ve kontrol organına bir limiter konulmuş motorun optimal parametrelerinin simpleks metodu ile tayini
Başlık çevirisi yok
VOLKAN ÇAKMAKÇI
- Efficiency optimised control of interior mounted permanent magnet machines for electric vehicle traction
Elektrikli araçlar için dahili mıknatıslı senkron motorların verimi optimize edilen kontrolü
MİKAİL KOÇ
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe Unıversıty Of SheffıeldElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JIABIN WANG
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Çorum toprak sanayii malzeme sahası olarak Sazköy killerinin etüdü
The Investigation of the Sazköy clays as meterial deposit for Çorum brick and the industry
METİN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
İnşaat MühendisliğiGazi ÜniversitesiYapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RECEP KILIÇ
- Bitlis-Zağros bindirme ve kıvrımlı kuşağının sismotektonik özellikleri
Başlık çevirisi yok
HALUK EYİDOĞAN